DE3602799A1 - Verfahren zur magnetischen stabilisierung fluidisierter schichten - Google Patents
Verfahren zur magnetischen stabilisierung fluidisierter schichtenInfo
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Description
VERFAHREN ZUR MAGNETISCHEN STABILISIERUNG FLUIDISIERTER SCHICHTEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur magnetischen Stabilisierung
fluidisierterSchichten, das bei heterogenen und physikalischen Prozessen mit fluidisierten Schichten
von ferromagnetischen Partikeln, z.B. katalytischen Prozessen, Filtrieren und anderen Anwendung finden kann.
W Aus der BG-PS 24 08 5 / 76 ist ein Verfahren zur magnetischen
Stabilisierung fluidisierter Schichten bekannt, bei dem die fludisierten und aufmagnetisierten Partikel der
Schicht im Volumen eines ein einheitliches Magnetfeld erzeugenden Solenoids angeordnet sind. Die das Magnetfeld
erzeugende Magnetvorrichtung umgibt die fluidisierte Schicht.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist seine Anwendbarkeit nur bei niedrigen Schichten, für welche das Verhältnis
zwischen Schichthöhe und Durchmesser des Apparates kleiner als eins ist. Die kleine Höhe der Schicht verschlechtert
die Gasverteilung. Die homogene Wirkung des Feldes beseitigt nicht den Gradienten der Schwerkräfte gegenüber
den Partikeln in Richtung der Schichthöhe, und es wird auch keine gleichmäßige Struktur bei der Stabilisierung
der Partikel erreicht. Die Einheitlichkeit des Feldes ist von den geometrischen Ausmaßen der Schicht im Apparat abhängig.
Dies erschwert die technologische Anwendbarkeit des Verfahrens und begrenzt die lineare Geschwindigkeit
des passierenden Fluids.
fl Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur magnetischen
Stabilisierung fluidisierter Schichten anzugeben, das für hohe Schichten, unabhängig vom Verhältnis zwischen
Schichthöhe und Durchmesser des Apparats, anwendbar ist; es soll das Erfordernis für eine axiale Einheitlichkeit
oder Homogenität des Feldes eliminieren; die Gasverteilung soll verbessert werden; die Wirkung des Gradienten
der Schwerkräfte längs der Schichthöhe soll beseitigt und die Reibungskräfte zwischen der Schicht und den Wänden
des Apparats begrenzt werden, was eine einheitliche Struktur der Schicht gewährleistet.
Diese Aufgabe wurde durch ein Verfahren zur magnetischen Stabilisierung fluidisierter Schichten gelöst, bei welchem
die fluidisierten Schichten aus ferromagnetischen Partikeln
in ein Magnetfeld eingebracht werden, wobei das Magnetfeld axial gradient und parallel zur Fluidisationsrichtung
orientiert ist.
Um eine dynamische Einheitlichkeit der Schicht zu schaffen, wird das Magnetfeld kolinear zur Fluidisationsrichtung
orientiert.
Um eine vielfache Erhöhung der Geschwindigkeit des Fluidisationsstroms
zu erreichen, kann das magnetische Moment der Partikel gegen die Richtung des Fluidisationsstroms
gerichtet werden.
/} Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende
:
Es wird eine Vergrößerung der Höhe der stabilisierten Schicht gegenüber dem bekannten gleichen Durchmesser
des Apparates erreicht; es werden die Schwierigkeiten beim Schaffen einer axialen Homogenität des Magnetfeldes beseitigt;
die Gasverteilung in Richtung der Schichthöhe wird
verbessert; der Gradient der Schwerkräfte in Richtung der
Schichtlänge wird beseitigt; die Reibung zwischen der
Schicht und den Wänden des Apparats wird begrenzt; die
axiale Struktureinheitlichkeit der stabilisierten Schicht wird erhöht.
Schicht und den Wänden des Apparats wird begrenzt; die
axiale Struktureinheitlichkeit der stabilisierten Schicht wird erhöht.
Die Entstehung eines sich verändernden magnetischen Moments, kolinear zur Richtung des Fluidisationsstroms, schafft
ein dynamisch einheitliches Verhalten der Schicht. Die
axial gradiente Orientierung des magnetischen Moments neutralisiert den Längsgradienten der Schwerkräfte. Dies ermöglicht die Vergrößerung der Schichthöhe und die Verminderung des Reibungswiderstands mit den Wänden des Apparats.
ein dynamisch einheitliches Verhalten der Schicht. Die
axial gradiente Orientierung des magnetischen Moments neutralisiert den Längsgradienten der Schwerkräfte. Dies ermöglicht die Vergrößerung der Schichthöhe und die Verminderung des Reibungswiderstands mit den Wänden des Apparats.
Die Entstehung eines sich gradientartig verändernden magnetischen Moments in den Partikeln gegen die Richtung des
Fluidisationsstroms eliminiert den axialen Gradienten der Schwerkräfte, wobei Verhältnisse für eine vielfache Vergrößerung
des Fluidisationsstroms geschaffen werden, ohne daß eine Zirkulation und Blasenbildung in der Schicht auftreten.
Anhand der nachstehend angeführten Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Beispiel 1; In ein einen Durchmesser von 100 mm aufweisendes
Rohr werden ferromagnetische Partikel von 60 * 80
Mikron geschüttet. Das Verhältnis zwischen der Schichthöhe h und dem Durchmesser des Apparates D beträgt 0,8. Der
Apparat ist innerhalb eines Solenoids angeordnet, der ein Feld mit einem Gradienten Δ H erzeugt, der kolinear zur
Richtung des Fluidisationsstroms orientiert ist. Nach der Geschwindigkeit
Mikron geschüttet. Das Verhältnis zwischen der Schichthöhe h und dem Durchmesser des Apparates D beträgt 0,8. Der
Apparat ist innerhalb eines Solenoids angeordnet, der ein Feld mit einem Gradienten Δ H erzeugt, der kolinear zur
Richtung des Fluidisationsstroms orientiert ist. Nach der Geschwindigkeit
für eine minimale Fluidisation wurden die folgenden Werte für den hydraulischen Widerstand Δ P und der Geschwindigkeit
V erhalten, bei welcher die magnetische Stabilisation gestört wird:
5 Magnetische Feldstärke (H, Oe) |
AH (%) |
4P (mm Wasser säule) |
Geschwindigkeit V (m/s) |
Schichthöhe h (cm) |
165 | 35 | 47 | 0,12 | 8,2 |
0 165 | 42 | 53 | 0,20 | 8,9 |
165 | 40 | 51 | 0,29 | 9,1 |
165 | 40 | 51 | 0,35 | 10,2 |
Der Wert von Δ H wurde mittels des Unterschieds von H bestimmt,
gemessen zwischen dem Zentrum des Solenoids und dem Schichtzentrum. Die Daten zeigen, daß mit der Erhöhung
von Δ H der Wert ΛΡ relativ konstant ist, was mit der
Vergrößerung des freien Inhalts wegen der Schichterweiterung verbunden ist.
Beispiel 2: In ein einen Durchmesser D von 90 mm aufweisendes
Rohr wird eine Schicht mit einer Höhe von 100 mm geschüttet. Die Partxkelgröße beträgt 60 -s- 80 Mikron. Der
Apparat ist im Inhalt eines Solenoids angeordnet, dessen Gradient gegen die Richtung des Fluidisationsstroms orientiert
ist. Die Intensität des Feldes beträgt 224 Oe. Es wurden folgende Werte für Δ P, die Schichthöhe h und die
Geschwindigkeit V erhalten, bei welcher die magnetische Stabilisierung gestört wird:
An (%) |
ΛΡ (mm Wassersäule) |
h (cm) |
(m/s) |
15 | 57 | 10,2 | 0,32 |
30 | 53 | 10,4 | 0,41 |
42 | 55 | 10,6 | 0,53 |
52 | 54 | 12,2 | 0,56 |
60 | 53 | 13,1 | 0,62 |
Die Veränderung von ^H sichert die Beständigkeit des hydraulischen
Widerstands Δ P und eine ansteigende Geschwindigkeit, bei welcher die magnetische Stabilisierung gestört
wird. Die Schichterweiterung ist ebenso mit Δ Ρ verbunden .
Beispiel 3: Bei denselben Verhältnissen wie in den Beispielen
1 und 2 wird eine unterschiedliche Menge ferromagnetischen Materials mit einer Schichthöhe h aufgeschüttet,
modifiziert gegenüber dem Durchmesser des Apparats D. Die Intensität des Feldes ist 320 Oe. Der Gradient des Feldes
ist durch unterschiedliche Lagen der magnetischen Vorrichtung nach der Schichthöhe erzeugt worden. Es wurden folgende
Werte für Δ P und h in Abhängigkeit von ΔΗ erhalten :
Δη | (%) h = | 0,5 | D | h = | D | h = 1 | ,5 D | h | - 2 D | h = | 2,5 D |
(mm | Δ? Wasser säule) |
h (mm) |
4P | h (mm) |
Δ? | h (mm) |
4P | h (mm) |
4P | h (mm) |
|
5 15 | 27 | 58 | 54 | 120 | 92 | 162 | 112 | 221 | 148 | 272 | |
30 | 29 | 60 | 56 | 122 | 96 | 170 | 114 | 228 | 150 | 278 | |
42 | 28 | 60 | 55 | 120 | 90 | 170 | 116 | 230 | 152 | 280 | |
62 | 27 | 60 | 54 | 121 | 92 | 172 | 112 | 226 | 150 | 280 | |
60 | 27 | 58 | 54 | 120 | 92 | 173 | 112 | 223 | 150 | 280 |
Mit der Vergrößerung der linearen Geschwindigkeit und der Veränderung von Δ H bleibt der Wert von 4P konstant, und
zwar infolge der Elirainierung der gradienten Schwerkräfte,
ohne Einschränkung der Schichthöhe für die experimentellen Bedingungen.
Beispiel 4: In einen Konverter für die Ammoniaksynthese mit einem Durchmesser des Reaktionsrohrs von 30 mm wird
ein Katalysator für die Ammoniaksynthese mit einer Partikelgröße von 300 * 400 Mikron geschüttet. Die Schichthöhe
ist um 3,14 mal größer als der Durchmesser des Reaktionsrohrs. Der Apparat ist im Inhalt eines Solenoids angeordnet,
durch dessen Windungen ein Gleichstrom geschickt und so ein Magnetfeld erzeugt wird. Die Anordnung des
Solenoids längs der Schichthöhe verändert den axialen Gradienten des Feldes von 0 bis 60 %. Der katalytische
Prozeß wurde unter einem Druck von 10, 20 und 30 MPa und einer Temperatur von 500° C durchgeführt. Der Konversionsgrad, ausgewertet anhand des Aramoniakgehalts im umgewandelten
Gas für eine Volumengeschwindigkeit 120 000 h~ , eine lineare Geschwindigkeit von 0,2 m/s für eine Intensitat
des Feldes von 125 Oe ist der folgende:
Druck 10 MPa 20 MPa 30 MPa
ΔΗ (%) 0 30 60 0 30 60 0 30
Vol.-% NH3 4,95 4,85 5,30 9,45 9,65 9,40 14,4 13,89 14,40
Die Daten zeigen, daß die Veränderung des magnetischen axialen Gradienten A H keine Änderung im Konversionsgrad
hervorruft. Dies bedeutet, daß die gradiente Stabilisation der Schicht keine Strukturdefekte und keinen effektiven
Kontakt beim katalytischen Prozeß verursacht.
Beispiel 5; In ein Rohr aus organischem Glas mit einem Durchmesser von 80 mm wird eine Schicht mit einer Höhe
von 100 mm geschüttet, die aus ferromagnetischen Partikel mit einer Größe von 150 * 215 Mikron besteht. Das Rohr
ist im Inhalt eines Solenoids angeordnet, durch dessen Windungen ein Gleichstrom fließt. Die Intensität des FeI-des
beträgt 180 Oe. Die axiale Anordnung des Solenoids verursacht einen Gradienten längs der Schichthöhe, der 100 %
gegenüber der Intensität des ihn erzeugenden Feldes erreicht. Infolge der Geschwindigkeit für eine minimale
Fluidisation wird durch die Schicht verstaubte Luft mit einer Staubkorngröße bis zu 25 Mikron durchgelassen. Der
Entstaubungsgrad infolge der Schicht beträgt 99,4 bis 99,9 %. Der hohe Entstaubungsgrad ist ein Beweis für die
strukturelle Homogenität der Schicht. Die Vergrößerung des freien Inhalts erhöht die Filtrierkapazität der gradientartig
stabilisierten Schicht.
Claims (2)
- v.FüNER EBBINGHAUS FINCKPATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYSMARIAHILPPLATZ 3*3, MÖNCHEN ΘΟ ^ R Π 9 7 Q QPOSTADRESSE: POSTFACH ΘΒ O1 βθ, D-8OOO MÖNCHEN 95 OUUi. / JJVISCH CHIMIKO-TECHNOLOGITSCHESKI DEAB-33567.1 INSTITUT 30. Januar 1986VERFAHREN ZUR MAGNETISCHEN STABILISIERUNG FLUIDISIERTER SCHICHTENPatentansprüche/T) Verfahren zur magnetischen Stabilisierung fluidaler Schichten, bei dem die fluidisierten Schichten aus ferromagnetischen Partikeln in ein Magnetfeld eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld gradient und parallel zur Fluidisationsrichtung orientiert ist.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Magnetfeld kolinear zur Fluidisationsrichtung ist.
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